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【科●反】氢原子基态为什么是稳定的?

已有 13635 次阅读 2011-6-26 20:47 |个人分类:科学网评|系统分类:科普集锦| 评论, 反面教材

科学网的罗教明老师写了一篇《现代物理理论到底有多伟大》,下面全文转载,然后发表本人评论:
 
    现代物理理论到底有多伟大
 
    相对论和量子论代表了现代物理思想,可以说是二十世纪人类最最了不起的成就,被认为解决了从微观基本粒子到宇宙结构的理论发现,经典物理理论只是他们的近似或过渡。所以对于一般人来讲的确是十分了不起,相对论的发明者爱因斯坦就成了科学之神被众人崇拜。
 
     氢原子由一个电子和一个质子组成的运动体系,是一个最最简单的微观结构体系,试问以上两个最最伟大的理论,那一个有能力解释和证明氢原子具有一个自然稳定的基态。
 
    如果一个关于物质结构的理论无力解决这样一个关于物质结构最最基本的问题,也是研究物质结构的起点,就不要自吹为伟大。
 
    充满了矛盾和质疑的理论其正确性都是值得怀疑的,二十一世纪的科学精英应致力了解决这些矛盾和问题。应该注意的是不要被某些假象和错觉所朦被而失去正确的识别和判断,更不能对某个理论及其缔造者产生盲目崇拜。
 
————————————————
 
Neil反面教材:
 
一、罗老师在这篇文章中提出一个问题:氢原子由一个电子和一个质子组成的运动体系,是一个最最简单的微观结构体系,试问以上两个最最伟大的理论,那一个有能力解释和证明氢原子具有一个自然稳定的基态。
 
这是一个很经典的问题,历史上曾经有无数人问过这个问题,同时,这个问题现在也是一个物理系学生在学习量子力学时都要做的一道普通习题。而且,它还是很多高校研究生入学考试复试的面试题目。
 
二、如果我没记错的话,对这个问题,《费曼物理学讲义》第三卷中曾给出了一个很通俗的解释。
(啊,不好意思,我忘了具体是费曼讲义第三卷第几章第几页给出的解释,应该是讲测不准原理那一章,谁手头有这本书可以翻一下)
 
具体的解释是这样的:
 
1、氢原子由带正电的原子核和带负电的电子构成,由于正负相吸,库仑作用会使得质子与电子无限接近。
 
2、根据测不准原理,电子与原子核越接近,电子的位置不确定度越小,电子的动量不确定度越大,动量不确定度越大,意味着电子摆脱原子核的“动力”越大(注:这个动力不是专业词汇,而是一个形象的比喻)。而如果电子与原子核无限接近,电子的动量不确定度会趋向于无穷大,这也意味着电子会有可能有无穷大的动量值和摆脱原子核的动力。
 
3、在异性相吸的库仑相互作用和测不准原理导致的无穷大动量不确定度之间存在一个平衡的状态,当达到这个状态时,库仑作用会被抵消。这个状态就是氢原子的基态。
 
当然这只是费曼给出的一个通俗的解释,在量子力学里如果要完全解释这个问题,肯定要有更严格的计算。
 
三、如果我还没记错的话,曾谨言老师的《量子力学》卷一某一章(啊,具体是第几章我又忘了),里面有一道习题,就是根据测不准原理计算氢原子的基态。
 
由于曾老师的《量子力学》卷一是国内很多所大学物理系量子力学课的指定教材,同时也是国内很多大学研究生入学考试初试量子力学科目的指定参考书,相信很多物理系的大学生以及复习考研的同学都做过这道题。
 
所以在这里顺道提一句,不要小看我们课本后面的习题,每一道都有其独特的历史地位,如果你仔细查查,你会发现很多题目还都曾经是几十年前PRA,PRB,PAL上发表的文章呢。

四、再问:为什么氢原子的激发态不是稳定的?
 
答:因为激发态下面还有一个基态。—_—|||
 
不知道这个答案大伙满意不?反正,这年头,对这个问题,很多人都是这么答的,哈哈。
 
五、最后对罗老师说一句:
 
物理学是这个世界上最实在的科学,它的伟大从来都不是吹的。你觉得它不伟大,也许只是因为你还没有见识到它的伟大之处罢了。
 
反正,兄弟我作为物理专业的一名差生,对物理学的敬仰犹如滔滔江水连绵不绝又如黄河泛滥一发不可收拾。远的不说,就说我现在上网用的这个笔记本,它的硬盘能储存数据,能有500G的容量,全靠量子力学了。
 
如果没有量子力学,没有巨磁阻效应,兄弟我想写一篇博文让大伙都看到,恐怕只能用飞鸽传书了……
 
这得养多少只鸽子啊,啊……
 


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